In questo studio del gruppo di ricerca HZDR, si è riuscito a dimostrare che le forze delle maree planetarie sul Sole agiscono come un orologio esterno e sono il fattore decisivo per il suo ritmo costante, quello che definisce la forza del ciclo solare. Forza del ciclo solare che in seguito, come un orologio, detta i tempi al clima della Terra. 

“Lo studio conferma l’influenza delle forze di marea planetarie sull’attività solare” – “Le forze di marea di Venere, Terra e Giove influenzano il campo magnetico solare, governando così il ciclo solare.” – “Come con l’attrazione gravitazionale della Luna che causa le maree sulla Terra, i pianeti sono in grado di spostare il plasma caldo sulla superficie del Sole. Le forze di marea sono più forti quando c’è il massimo allineamento Venere-Terra-Giove; una costellazione che si verifica ogni 11,07 anni. Ma l’effetto è troppo debole per perturbare in modo significativo il flusso all’interno del Sole, motivo per cui la coincidenza temporale è stata a lungo trascurata. Tuttavia, i ricercatori dell’HZDR hanno poi trovato prove di un potenziale meccanismo indiretto che potrebbe essere in grado di influenzare il campo magnetico solare attraverso forze di marea: oscillazioni dell’instabilità di Tayler, un effetto fisico che, a partire da una certa corrente, può modificare il comportamento di un liquido conduttivo o di un plasma. Basandosi su questo concetto, gli scienziati hanno sviluppato il loro primo modello nel 2016 e da allora hanno avanzato questo modello nel loro nuovo studio per presentare uno scenario più realistico.”

Lo studio conferma l’influenza delle forze di marea planetaria sull’attività solare

Di Christine Bohnet, Helmholtz Association of German Research Centres

Lo studio conferma l’influenza delle forze di marea planetaria sull’attività solare
Una coppia di regioni attive nel Sole, osservate dal Solar Dynamics Observatory in una lunghezza d’onda di luce ultravioletta estrema. 
Gli archi sopra le regioni sono costituiti da particelle cariche che ruotano lungo e rivelano le linee del campo magnetico. Immagine: NASA/GSFC/Solar Dynamics Observatory

Una delle grandi domande della fisica solare è perché l’attività del Sole segue un ciclo regolare di 11 anni. I ricercatori dell’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), un istituto di ricerca tedesco indipendente, presentano ora nuove scoperte, che indicano che le forze di marea di Venere, Terra e Giove influenzano il campo magnetico solare, governando così il ciclo solare. Il team di ricercatori presenta i propri risultati sulla rivista Solar Physics.

In linea di principio, non è insolito che l’attività magnetica di una stella come il Sole subisca oscillazioni cicliche. Eppure i modelli passati non sono stati in grado di spiegare adeguatamente il ciclo molto regolare del Sole. Il gruppo di ricerca HZDR è ora riuscito a dimostrare che le forze delle maree planetarie sul Sole agiscono come un orologio esterno e sono il fattore decisivo per il suo ritmo costante. Per ottenere questo risultato, gli scienziati hanno confrontato sistematicamente le osservazioni storiche dell’attività solare degli ultimi mille anni con le costellazioni planetarie, dimostrando statisticamente che i due fenomeni sono collegati. “C’è un livello di concordanza sorprendentemente alto: ciò che vediamo è un parallelismo completo con i pianeti nel corso di 90 cicli”, ha affermato Frank Stefani, autore principale dello studio. “Tutto indica un processo cronometrato.”

Come nel caso dell’attrazione gravitazionale della Luna che causa le maree sulla Terra, i pianeti sono in grado di spostare il plasma caldo sulla superficie del Sole. Le forze di marea sono più forti quando c’è il massimo allineamento Venere-Terra-Giove; una costellazione che ricorre ogni 11,07 anni. Ma l’effetto è troppo debole per disturbare in modo significativo il flusso all’interno del Sole, motivo per cui la coincidenza temporale è stata a lungo trascurata. Tuttavia, i ricercatori dell’HZDR hanno poi trovato prove di un potenziale meccanismo indiretto che potrebbe essere in grado di influenzare il campo magnetico solare attraverso le forze mareali: le oscillazioni nell’instabilità di Tayler, un effetto fisico che, a partire da una certa corrente, può modificare il comportamento di un conduttore liquido o di plasma. Basandosi su questo concetto, gli scienziati hanno sviluppato il loro primo modello nel 2016; da allora hanno avanzato questo modello nel loro nuovo studio per presentare uno scenario più realistico.

Piccolo fattore scatenante con un impatto maggiore: le maree sfruttano l’instabilità

Nel plasma caldo del Sole, l’instabilità di Tayler interrompe il flusso e il campo magnetico, reagendo in modo molto sensibile alle piccole forze. È sufficiente una piccola spinta di energia perché le perturbazioni oscillino tra l’elicità destrorsa e sinistrorsa (la proiezione dello spin nella direzione della quantità di moto). Lo slancio necessario a tal fine può essere indotto dalle forze di marea planetaria ogni undici anni, determinando infine anche il ritmo con cui il campo magnetico inverte la polarità del Sole.

“Quando ho letto per la prima volta l’idea di collegare la dinamo solare ai pianeti, ero molto scettico”, ha ricordato Stefani. “Ma quando nelle nostre simulazioni al computer abbiamo scoperto che l’instabilità di Tayler guidata dalla corrente subiva oscillazioni di elicità, mi sono chiesto: cosa accadrebbe se il plasma fosse influenzato da un piccolo disturbo simile a una marea? Il risultato è stato fenomenale. L’oscillazione era davvero eccitata e si è sincronizza con i tempi del disturbo esterno.”

Dinamo solare con un tocco in più

Nello scenario standard di una dinamo, la rotazione del Sole e il movimento complesso del plasma solare creano un campo magnetico che cambia ciclicamente. Qui interagiscono due effetti: il plasma ruota più velocemente all’equatore del Sole che ai poli. Ciò porta all’effetto omega: le linee del campo magnetico congelate nel plasma si estendono attorno al Sole e convertono il campo magnetico in un campo allineato quasi parallelo all’equatore solare. L’effetto alfa descrive un meccanismo che distorce le linee del campo magnetico, costringendo il campo magnetico a tornare in direzione nord-sud.

Ciò che causa esattamente l’effetto alfa, tuttavia, è oggetto di controversia. Il modello di Stefani indica che l’instabilità di Tayler è in parte responsabile di ciò. I ricercatori ritengono che lo scenario più plausibile sia quello in cui una classica dinamo solare si combina con le modulazioni eccitate dai pianeti. “Allora il Sole sarebbe una stella più vecchia, del tutto ordinaria, il cui ciclo dinamo, tuttavia, è sincronizzato dalle maree”, ha riassunto Stefani. “La cosa grandiosa del nostro nuovo modello è che ora siamo facilmente in grado di spiegare effetti che prima erano difficili da modellare, come le “false” elicità, come osservate con le macchie solari, o il ben noto doppio picco nella curva di attività del Sole.”

Oltre a influenzare il ciclo di 11 anni, le forze di marea planetaria possono anche avere altri effetti sul Sole. È anche ipotizzabile, ad esempio, che modifichino la stratificazione del plasma nella zona di transizione tra la zona radiativa interna e la zona convettiva esterna del Sole (tacoclina), in modo tale che il flusso magnetico possa essere condotto più facilmente. In tali condizioni, anche l’entità dei cicli di attività potrebbe essere modificata, come avvenne una volta con il minimo di Maunder, quando si verificò un forte calo dell’attività solare per una fase più lunga.

A lungo termine, un modello più preciso della dinamo solare aiuterebbe gli scienziati a quantificare i processi rilevanti per il clima come la meteorologia spaziale in modo più efficace, e forse anche un giorno a migliorare le previsioni climatiche. I nuovi calcoli del modello significano anche che, oltre alle forze di marea, nella teoria della dinamo solare dovrebbero essere integrati potenzialmente altri meccanismi finora trascurati, meccanismi con forze deboli che tuttavia, come ormai sanno i ricercatori, possono avere un impatto importante. Per poter indagare questa domanda fondamentale anche in laboratorio, i ricercatori stanno attualmente allestendo un nuovo esperimento con metallo liquido presso HZDR.

Maggiori informazioni: F. Stefani et al. Un modello di una dinamo solare sincronizzata in base alle maree, Fisica solare (2019). DOI: 10.1007/s11207-019-1447-1

Informazioni sul giornale: Fisica solare 

Fonte : phys.org